逆变器同步的制作方法
【专利说明】逆变器同步发明领域
[0001]本发明涉及用于将可再生能源(如太阳能电池板)、有源负载或有源电力滤波器连接到电网上的并网脉宽调制(PWM)逆变器。
[0002]发明背景
[0003]图1是系统的框图，该系统总体上用参考数字I指示，该框图示出了本发明力图解决的问题中的某些问题。
[0004]系统I包括直流电源2、逆变器4、PffM控制器6、并联装置8以及交流电网10。
[0005]直流电源2将直流电提供给逆变器4。如本领域中众所周知的，逆变器4能够在PWM控制器6的控制下切换以生成用于供应给电网10的交流电源。提供并联装置8 (其可以是开关)以选择地将逆变器4的输出端连接到电网10上。
[0006]逆变器4用于通过生成在频率上与电网电压匹配的输出电流来将直流电源2所提供的电能转换成电网10所需要的交流形式，但是那具有取决于如输入电力量、电网电压水平和无功电力设定点等因素的幅值和相位。典型地，逆变器4具有连接到逆变器输入电路上的直流母线电容器组和连接到逆变器输出端的交流滤波器。
[0007]逆变器4到电网10的物理连接通过并联装置8实施。该并联装置通常被指示在逆变器启动程序期间将逆变器4与电网10相连接。
[0008]取决于在并联装置8的每一侧的电压之间的幅值、相位和频率偏差，在并联装置8闭合的时刻，可能存在涌入电流。逆变器不正确启动的另一个潜在副作用是在从离网到在网操作的过渡期间会有从电网10到逆变器4的暂时反向电力流。这种反向电力流能够导致直流母线电容器过度充电。
[0009]在其他场景下，逆变器4可以已经连接到电网10 (这样使得并联装置8是闭合的)上，但不能主动地产生任何用于供应给电网的电流或电压。这通常被称为逆变器在“滑行(coast) ”或“空闲(idle) ”操作模式下，并且从这种空闲模式到运行模式的过渡也能够在交流侧产生涌入电流和/或在直流侧产生过电压。
[0010]许多用于使用并联装置将逆变器(如逆变器4)连接到交流电网(如电网10)上的方法是已知的。
[0011]在第一方法中，并联装置8在逆变器4启动从而生成输出电压或电流之前是闭合的。这个第一方法没有避免以上概述的涌入电流的问题。这个方法能够扰乱电网电压、对相邻设备造成干扰并且缩短逆变器部件的寿命。
[0012]在第二方法中，电网侧电压被监测并且并联装置8在零点交叉是闭合的。由于一旦检测到零点交叉这个并联装置就花费时间响应，这个第二方法没有消除涌入电流。此外，这个方法不适用于同时闭合所有相位的多相并联装置。
[0013]在第三方法中，在逆变器侧的电压被主动地测量和控制以最小化与电网侧电压的幅值、相位和频率偏差。该第三方法需要在并联装置两侧都放置电压传感器，这些电压传感器在专用电压反馈控制系统中使用，该系统被特别设计成用于在使并联装置闭合之前使逆变器侧电压聚集到电网侧电压。除了这种解决方案的成本和复杂性之外，由于电压控制器实质上与逆变器输出滤波器中的高电抗组件一起操作，该第三方法的聚集时间通常是许多电网周期并且存在不稳定性风险或由于逆变器的硬件组件的老化需要重新调谐控制器。
[0014]本发明力图解决以上概述的问题中的至少某些问题。
[0015]发明概述
[0016]本发明提供了一种(例如启动或同步并网逆变器)方法，该方法包括:启用该并网逆变器的一个交流电压前馈控制器；将该交流电压前馈控制器的电压前馈增益设置归一(unity)(例如通过斜升到I)并且使用该交流前馈控制器生成一个前馈控制信号，该前馈控制信号是该电网的测量电压与该电压前馈增益的乘积；在该前馈控制信号的控制下使用一个脉宽调制器驱动该逆变器，这样使得逆变器输出取决于所测量的电网电压；启用一个交流电流前馈控制器；基于该逆变器的测量输出电流使用该交流电流反馈控制器生成一个反馈控制信号；并且在该前馈控制信号和该反馈控制信号两者的控制下使用该脉宽调制器驱动该逆变器。因此，这个方法最先使用该脉宽调制器在电压前馈信号的控制下驱动该逆变器，这样使得逆变器输出依赖于所测量的电网电压并且然后该交流电流反馈控制器被启用，并且该脉宽调制器被用于在该电压前馈控制信号和该反馈控制信号两者的控制下驱动该逆变器。
[0017]本发明还提供了一种逆变器(通常是并网逆变器)，该逆变器包括:一个具有电压前馈增益的交流电压前馈控制器，其中，该交流电压前馈控制器被用于生成一个前馈控制信号，该前馈控制信号是该电网的测量电压和该电压前馈增益的乘积；一个交流电流反馈控制器，该交流电流反馈控制器被配置成用于基于该逆变器的测量输出电流生成一个反馈控制信号；以及一个驱动该逆变器的脉宽调制器，其中:当该交流电流反馈控制器被禁用并且该交流电压前馈控制器的电压前馈增益被设置成归一时，该脉宽调制器在该前馈控制信号的控制下驱动该逆变器，这样使得该逆变器输出取决于所测量的电网电压；并且当该交流电流反馈控制器被启用时，该脉宽调制器在该前馈控制信号和该反馈控制信号两者的控制下驱动该逆变器。
[0018]因此，所测量的电网电压可以直接用于以前馈方式命令逆变器，其中逆变器电流反馈控制器最初被解除激活但是逐渐被引入用于实现从电压控制操作模式到电流控制操作模式的软过渡。这确保了在并联装置/交流继电器闭合之前，逆变器侧电压在频率上与电网侧电压匹配，由此消除了最初的涌入电流。如以下所描述的，不管逆变器是否在滑行模式下已经连接到电网上，可以应用相同的基本原理。
[0019]交流继电器(或某种其他并联装置)可以用于将逆变器连接到电网上。
[0020]在该交流继电器最初在一个断开位置的情况下，当该脉宽调制器在该前馈控制信号的控制下正在驱动该逆变器时该交流继电器是闭合的，并且在该交流继电器闭合之后，该交流电流反馈控制器被启用。
[0021]在该交流继电器最初是闭合的情况下，当已经使用归一的电压前馈增益启用该交流电压前馈控制器之后，该脉宽调制器可以被启用。在本实施例中，在脉宽调制器已经启动之后，交流电流反馈控制器可以被启动。
[0022]在本发明的某些形式中，在交流电流反馈控制器被启用之后，将交流电压前馈控制器的电压前馈增益从归一减小到正常操作值(例如，0.8)。可以通过渐变(ramping)来减小。
[0023]可以提供直流母线电压控制器，该控制器被配置成用于调节该逆变器直流母线电压。在本发明的某些形式中，在交流电流反馈控制器已经被启用之后，直流母线电压控制器被启用(虽然这对于本发明的所有形式不是必不可少的:例如，直流母线电压控制器和交流电流反馈控制器可同时被启用)。该直流母线电压控制器可以具有一个较快的第一操作模式和一个较慢的第二操作模式，其中，当该直流母线电压控制器被启用时，该第一操作模式被使用，并且在一段时间之后，该第二操作模式被使用。
[0024]因此，该电流控制器可以最初通过所谓的快速直流母线电压调节器被驱动，该直流母线电压调节器被设计成使得直流母线电压在启动序列期间保持被控制。然后，该快速直流母线电压调节器可被慢速电压调节器替换，逆变器的正常操作需要该慢速电压调节器，以确保良好的性能(例如，就电流谐波畸变而言)。
[0025]该逆变器可以是单相逆变器。可替代地，该逆变器可以是多相逆变器。闭合这种多相逆变器的交流继电器将通常包括将逆变器的每一相连接到公用电网上。
[0026]在本发明的许多形式中，直流电源(如太阳能电池板阵列)可以用于向逆变器提供交流输入。
[0027]附图简要说明
[0028]现在将参考以下示意图进一步详细地描述本发明，在附图中:
[0029]图1是已知的并网逆变器的框图；
[0030]图2是根据本发明的一个方面的并网逆变器的框图；以及
[0031]图3是示出了根据本发明的一个方面的算法的流程图。
[0032]发明详细说明
[0033]图2是根据本发明的一个方面的并网逆变器系统的框图，以参考数字20概括指不O
[0034]系统20包括直流电源22 (如太阳能电池板阵列)、逆变器24、PWM调制